CA6140车床法兰盘加工工艺及钻孔夹具设计.docx
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CA6140车床法兰盘加工工艺及钻孔夹具设计
毕 业设计
题目：
CA6１４0车床法兰盘加工工艺及钻孔夹具设计
***** ***
学 号：
２******３712０1
学 院:
机电学院
专 业:
机械工程及其自动化
指导教 师：
付文宇
协助指导教师：
２016年5月2８日
北京联合大学
本科毕业设计（论文）诚信承诺书
本人慎重承诺和声明,在毕业设计（论文）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业设计（论文）内容除特别注明和引用外，均为本人观点,不存在剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,不存在伪造、篡改实验数据。
如有违规行为发生我愿承担一切责任，接受学校的处理，并承担相应的法律责任。
学生（签名）:
年月日
摘要
法兰盘只是一个统称，通常是指在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西。
法兰联接在机械上应用很广泛,所以样子也千奇百怪的。
本文主要是针对ＣＡ6140车床法兰盘的加工工艺以及主要孔的工艺装备设计进行论述。
通过本文可以了解该法兰盘的构造和它的整个加工过程以及各注意事项。
初步具备了设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。
通过对零件及其夹具的三维构图，熟悉了现代常用的工业设计软件ＳolidＷｏrks的具体使用方法,其次从侧面了解到夹具设计的主要程序,为今后从事机械方向的工作积累了不少的实战经验。
关键词：
车床法兰盘加工过程加工工艺 夹具
Aｂstracｔ
Fｌangｅisaｇeｎｅｒａl dｅsignatiｏｎ，uｓuallyrｅfeｒsto,ｉna sｏrｔ ofdisk aｒoｕｎdｔｈｅmｅtalｂoｄyon seveｒａlfixed ｗｉtｈ hoｌｅusedtoｃｏnnecttooｔhｅr ｔhings.Ｆlangｅconnectioniswiｄeｌyusedｉnmacｈinery,soｔhｅａppｅａｒａnｃealso ｖerｙ ｓtrange.
Ｔhｉsartｉｃle is ｍainlyaｉmedatflaｎgeＣA6１４0laｔheprocｅｓsingtｅchnology ａｎd thｅmaiｎｈole processequipmenｔdｅsign ｉs discｕsseｄ.Iｎｔhiｓ ａrtiｃｌecanundｅrｓｔandtｈｅcｏnｓtruｃtionof theｆlaｎgｅ anｄitswholｅprｏcesｓａndthｅ mattersｎｅedｉｎgａtteｎtｉon．Pｒeliminary hａvetodesignamoｄeｒatelｙcompｌexpartｓ of thepｒocess planｎingabiｌityａndbyusing ｔhebaｓic priｎcｉｐle andmethodofｆixｔｕrｅdesｉｇn,anｄprｅparｅfixturedｅsiｇn, andcomplete thefixturestructuｒｅ ｄeｓign abiliｔy, isfａmiliarｗith anｄ ｕsｅthｅｒeleｖantｍａnuals,ｃｈａｒts,andｏtｈeｒtechnicaｌ ｄａtaandwrｉtingtecｈnicaｌdｏcumeｎtssｕch as ａchancetoｐｒａcticebasic skiｌｌs.Throughｔhree-dimeｎsiｏnａlcompositｉonｏｆpａｒtsanｄfixtuｒes，famｉliａrwith theｍodeｒｎｍethｏｄsoｆｔhe specｉfiｃｕsｅｏf industriaｌdesigｎsoftwａｒeSolｉｄWoｒks， secondｌy touｎdｅｒsｔａnd from theside ｔo tｈefiｘturedｅsiｇnoftｈｅ mａinprogram,foｒ thｅfｕtuｒeworkiｎ thedｉｒectｉonof mechａniｃaｌaccｕmulａteｄaｌotoｆacｔualcomｂateｘｐeｒｉence.
keywords:
Lａtｈeflanｇｅ Themaｃhiningｐrocess PｒoｃｅssinｇTechnolｏｇyfiｘture
摘 要Ｉ
AbｓtractﻩII
目录ﻩＩII
引言4
1课题背景和意义ﻩ5
1.1CＡ6１４0车床法兰盘课题简介ﻩ5
１.1.1毕设设计题目:
制定CＡ６1４0车床法兰盘的加工工艺。
５
1.１.2设计要求:
ﻩ5
１.2课题的背景:
ﻩ5
１.３意义：
5
1.４毕设内容:
5
2 CA6140车床法兰盘加工工艺规程设计6
2.1零件的分析6
2.1.1法兰盘介绍ﻩ6
2．1.2零件的作用6
2．1．3法兰盘的三维造型6
2．２零件的工艺分析7
2．2．2法兰盘的工艺性8
2.3．１选择毛坯8
2.3.2绘制法兰盘锻造毛坯简图ﻩ8
2．4拟定法兰盘的工艺路线１０
2.４.１定位基准的选择ﻩ10
２．４.2粗基准的选择1０
２.4.3精基准的选择ﻩ1１
２.５工艺路线的制定ﻩ11
2.5.１详细工序ﻩ1１
2.6机械加工余量、工序尺寸及毛配尺寸的确定ﻩ１2
2．７部分工序切削用量的计算15
2.7．1工序一ﻩ1５
3CA6140车床法兰盘工艺过程卡和工序卡ﻩ19
3.1法兰盘工艺过程卡１9
3.2法兰盘工序卡22
４加工工艺孔夹具设计29
4.1定位基准的选择ﻩ29
４.2切削力及夹紧力计算ﻩ29
4.3定位误差分析ﻩ３0
结论ﻩ３2
参考文献ﻩ34
致 谢３５
引言
自19世纪末以来的科技长足发展,时至今日,伴随着人类社会科学水平飞速发展和技术水平的不断提高，经济生活才能迸发出生机勃勃的新气象。
生活质量的提高则离不开机械产品的发展,而机械加工能力是一切机械技术的基础。
普通车床再安装了基座,便可以归结为普通卧式车床。
这种类别的车床因为其结构、性能、用途均相近,并具有相对构造简单的结构,并且因为工人操作方便，主轴可选尺寸多,占地面积小等优点,所以适用于零件生产，仪表工业作为加工小型机械零件和修理之用。
本文就是对CA6140车床法兰盘的加工工艺过程以及钻孔夹具进行设计，在夹具设计方面虽然一个简单的零件也需要很多种专用夹具，由于研究时间有限,此毕设主要专注于设计车床法兰盘的钻孔夹具模型的设计。
主要设计内容有:
完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡），确定法兰盘的毛坯体，绘制出法兰盘的零件图与夹具图和钻孔平面的夹具设计,并进行自由度分析、夹紧力计算等工作。
其中在此次毕业设计中,专用钻孔夹具设计是本次毕业项目设计的重点，更是难点。
1课题背景和意义
1．1CA6１４０车床法兰盘课题简介
1．1.1毕设设计题目：
制定CA６１40车床法兰盘的加工工艺。
1.1．2设计要求:
（1）大批量生产;
（2）选用通用设备进行加工；
1.2课题的背景：
经济高速发展的中国社会,生活中人们的生活质量提高与生产设备的发展是越来越密切,由于机械革命的到来,所流通的商品大多是由机械生产,人们对高质量低成本的工业产品的需求也随之提高。
我们“机电人”有必要对处于机械生产最前线的车床零件提出更多的改进与优化。
故本人认为对本课题的ＣＡ6140车床法兰盘的加工工艺与夹具设计是有必要投入更多的研究精力。
1.3意义:
独立设计和优化CA6１４０车床法兰盘的加工工艺以及钻孔夹具,意义不仅仅在于运用大学期间所学过的机械相关知识进行一次实际的零件设计。
计算法兰盘的加工过程的定位误差,绘制出零件图,三维夹具图,使我学会了如何熟练使用专业软件。
规划工艺流程和填写工艺卡片，也为自己如果今后从事机械设计相关职业积累了大量经验。
1．4毕设内容：
（1）绘制加工工件图与ＳolidWoｒkｓ零件三维图;
（２）制定零件的加工工艺过程卡， 填写零件加工工艺过程卡和零件加工工序卡;
（3）编写设计说明书一份，按照毕业论文的格式写；
（4）答辩时交全套夹具工程用图纸、设计说明书、工艺过程卡，并交电子文稿。
2CA６140车床法兰盘加工工艺规程设计
2．1零件的分析
2.1．1法兰盘介绍
法兰盘就是用于连接管道、管件或器材的零件,也有用于设备进出口上的法兰盘，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰盘。
法兰盘连接是由法兰盘、垫片及螺栓三者相互连接为一组的可拆卸密封结构,先各自固定在一个法兰盘上，再垫上法兰垫,用螺栓紧固在一起，这样就完成了法兰盘连接。
法兰盘主要用于连接紧固管道、管件等，并保持管道管件的密封性能;法兰盘可拆卸，便于拆开检查管道情况
2.1.２零件的作用
设计所要求的ＣA6140卧式车床上的法兰盘,为盘类零件,存在于卧式车床上。
车床的变速箱固定在主轴箱上,依靠法兰盘定心。
法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配,外圆与变速箱体孔相配,为了保证主轴之上的三个轴承孔同心,使齿轮正确啮合,从而保障了机床的精准度。
2.1．３法兰盘的三维造型
零件三维造型图如图2-1-3所示。
图2－1－３法兰盘的三维图
2.2零件的工艺分析
2.2.1法兰盘的技术要求
法兰盘零件图如图1－1-2所示。
图 １-1－2CＡ6140车床法兰盘零件图
表１.1CA６1４0车床法兰盘技术要求:
加工表面
尺寸及偏差
公差
及精度等级
表面粗糙度
φ45ｈ6ｍm外圆表面
０.01７，IＴ6
φ20H9mｍ内孔
Φ20
0.052,IT7
φ10０d１1mm突台左右端面
Φ
0.22,ＩT１3
φ90mm 突台左右端面
未注公差等级
IT1３
4*φ9孔
未注公差等级
IT1３
２.2.2法兰盘的工艺性
通过零件图可知,ＣＡ61４0车床法兰盘属于回转体零件，需要加工所有的表面。
零件大多数表面粗糙度为Ra6.３,精度低的表面通过钻床粗加工就可以了，不需要很高精度的机床加工，精度高的表面需要在高精度磨床上加工才能达到要求，虽然它的粗糙度要求比较高，但考虑到加工尺寸不是很大,工业生产追求经济效益的目的所有工序我均选用在常规设备上进行加工。
该法兰盘共有两组加工表面，其相互之间也是有要求的，现分析如下：
以Φ４5h6外圆为初基准的加工表面,以及Φ20H９孔为中心的加工表面。
我先选定Φ45h6外圆为粗基准,加工出精基准孔Φ20Ｈ9所在的加工表面,然后将零件掉头,加工另一端面的表面进行加工，保证它们彼此的位置精度。
2.3确定毛坯制造方法,初步确定毛坯形状
2．3．１选择毛坯
零件年产量是大批量,零件要求的材料是HT200，硬度1９0~2１０ＨB，该灰铸铁耐磨性、强度、耐热性较好，而且零件需加工的尺寸不大,在考虑到提高生产效率保证法兰盘ＩＴ11精度后可采用铸造成型的金属型铸造。
金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制,如对黑色金属只能是形状简单的铸件;铸件的重量不可太大；壁厚也有限制,较小的铸件壁厚则无法铸出。
由于零件形状不复杂,重量也不大，且零件的内孔尺寸为Φ2０h9,毛坯不需要铸出一个内孔，均满足金属型铸造的要求。
另外金属型铸造可以反复使用多次（几百次到几千次）,从而节省了制造成本，同时再考虑到节省材料来保证经济利益，故毛坯形状应当尽量接近零件的形状。
2.３.2绘制法兰盘锻造毛坯简图
由上表所得结果，绘制毛坯简图如2-3-１至２-3-３图所示。
图２-3－１法兰盘毛坯图
图2-3-2法兰盘毛坯图
图2-3-3法兰盘毛坯图
2.４拟定法兰盘的工艺路线
2.4.１定位基准的选择
只有正确的选择了定位基准,才可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化准备结构与种类、提供生产效率；该零件平面的加工涉及到了车、铣、磨等;其孔的加工则涉及到了车、铣,由于本零件的结构紧凑,质量也不大，适用于车削加工，其次车孔、铣孔较为经济。
２．4.２粗基准的选择
粗基准的选择一般为精基准的基位,从而为后续的工序提供精基准。
选择粗基准的保证两条基本原则:
一是如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求,则应以不加工面作为粗基准的保证相互位置要求的原则;二是如果要求保证工件某重要表面加工余量均匀时,应选择该表面的毛坯面作为粗基准的余量均匀分配原则。
由于本零件的各个表面都要求加工，为保障每个表面都有足够的余量,应选择加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量均匀原则）以法兰盘右端Φ４５h6的外圆及Φ90的右端面作为粗基准。
利用车床上的三爪卡盘夹紧工件的Φ45ｈ6外圆可同时消除四个自由度,再以Φ90的右端面定位可限制两个自由度,从而到达成完全定位的要求。
２.4.３精基准的选择
主要就考虑基准重合问题,当设计基准与定位基准不重合时，应该进行尺寸换算。
这在以后还要专门计算，此处不再计算。
2.5工艺路线的制定
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领一确定为大批量生产的条件下,可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
２.5.1详细工序
工序1粗车φ10０ｄ11柱体左端面。
工序２ 钻、扩、粗铰、精铰φ20 H９孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。
工序3粗车φ１00d1１ 柱体右端面，粗车φ90柱体左端面,车45柱体的过度倒圆,粗车外圆
φ45、φ１０0d１1、φ90,半精车外圆φ４5、φ100d11、φ９０,车φ100d11柱体的倒
角。
工序4 粗车、半精车、精车φ９0右端面,车槽3×2,粗车、半精车45h6外圆并在孔φ20H9右
端倒角。
工序5 半精车φ100d１１左、右端面、φ9０左端面,精车φ100d１1左右端面、φ90左端面。
工序6精车φ90右端面
工序7 粗铣、精铣φ９0柱体的两侧面。
工序8钻φ4孔，铰φ6孔。
工序9钻4—φ9孔。
工序1０磨削B面,即φ4５外圆面、φ10０d1１右端面、φ90左端面。
工序11磨削外圆面φ10０ｄ11、φ9０。
工序1２ 磨削φ９0突台距离轴线24的侧平面。
工序1３刻字刻线。
工序14镀铬。
工序１5检测入库。
2.6机械加工余量、工序尺寸及毛配尺寸的确定
“法兰盘”零件材料为HＴ2０0,硬度1９０ＨBS,毛坯重量约为2．8KG,生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序及毛坯尺寸如下:
１．
mm外圆表面,此外圆表面为IT6级，参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量。
表2．6.1
ｍm外圆表面加工余量:
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及偏差
精磨外圆
0.2
45
0．０１7
Φ
精车外圆
０.４
4５.２
0.０39
Φ
半精车外圆
1．4
45．6
０．1
Φ
粗车外圆
3
47
0.3
Φ
毛坯
5
50
1.0
Φ
2．外圆表面Φ
ｍｍ
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量。
表2.6.2外圆表面Φ
ｍm加工余量：
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及偏差
精车外圆
0.5
100
０.24
Φ
半精车外圆
1.5
１00.５
0．30
Φ
粗车外圆
4
102
0.6
Φ
毛坯
6
10６
1.6
Φ
3．Ｂ面Φ
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量。
表2.６.3 Ｂ面Φ
加工余量：
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精车外圆
0.６
45
0.6
Φ
半精车外圆
1.４
45.６
0.7
Φ
粗车
２
47
1.０
Φ
毛坯
4
49
2.0
Φ
4、表2.６．4B面中两个端面加工余量：
工序名称
工序余量
精车
0.2
半精车
０．8
粗车
2
毛坯
３
５．孔Φ２0
ｍｍ
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量。
表2.6．5孔Φ20
ｍm加工余量：
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精铰
0.1
２0
0.０45
Φ２0
铰孔
0.2
19．9
0.084
Φ1９．9
扩孔
１.7
19.7
0．1
Φ１9.7
钻孔
18
18
+0.6
Φ１8
毛坯
2０
0
6.表2.6.6Φ
mm外圆加工余量：
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精车外圆
0.5
9０
０．6
Φ
半精车外圆
１．5
90.５
０．7
Φ
粗车
4
9２
1．0
Φ
毛坯
6
96
2.0
Φ
7．Φ
mm的右端面
１）按照《工艺手册》表６-28，铸件重量为２．8kg，Φ
mm端面的单边加工余量为２.0～3.０,取Z＝３.0mm,铸件的公差按照表6-2８,材质系数取
，复杂系数取
则铸件的偏差为
;
２）精车余量:
单边为0.2ｍｍ（见《实用机械加工工艺手册》中表３.2-2），精车公差既为零件公差0.0１7mｍ;
3）半精车余量：
单边为0.８mm（见《实用机械加工工艺手册》中表11-27）本工序的加工公差为０.1mm；
4）粗车余量:
粗车的公差余量（单边）为Z=３.0-0.2-0.8=2mm;
粗车公差：
现在规定本工步（粗车）的加工精度为IＴ１1级，因此,可以知道本工序的加工公差为０．1６ｍm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差,因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量，实际上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分;
Φ
mm右端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下表:
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精车端面
0.2
94
0．6
半精车端面
０.8
94.２
0.7
粗车
2
9５
1.0
毛坯
3
9７
2.０
９７
8.表2.６．8Φ
mm左端面加工余量：
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精车端面
0．2
91
0.６
半精车端面
０.8
９１.2
0．７
粗车
2
92
1.0
毛坯
3
9４
0.６
9、表2.6.9
ｍm右端面加工余量:
工序名称
工序余量
精车
0．2
半精车
0．８
粗车
2
毛坯
3
10、表2.6．10
mm圆柱面上离
mm孔中心线3４mm的平面加工余量:
工序名称
工序余量
半精铣
0.7
粗铣
１０．３
毛坯
１1
1１、表2.6.11
mｍ圆柱面上离
ｍm孔中心线24mm的平面加工余量:
工序名称
工序余量
精磨
０．０5
精铣
０.15
半精铣
0.７
粗铣
2０.1
毛坯
２1
2．7部分工序切削用量的计算
2.7．1工序一
粗车Φ100左端面
（1）选择刀具
选用93°偏头端面车刀,参看《机械制造工艺设计简明手册》车床选用C365L转塔式车床,中心高度210mm。
选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型,前角为1０°，后角８°，主偏角93°,副偏角10°,刀尖圆弧半径0.５mｍ,刃倾角-10°。
（2）确定切削用量
（a）确定背吃刀量aｐ（即切深ａ ）
粗车的余量为４．5ｍm由于刀杆截面取最大吃刀深度为6mm所以一次走刀完成即ap=4．５mm。
（b）确定进给量
查《切削用量简明手册》：
加工材料HT２００、车刀刀杆尺寸为１6*２5、工件直径１０0mm、切削深度ａ=4.5ｍm,则进给量为0.７－1.0。
再根据C3６5L车床及《机械制造工艺设计手册》表3-13查取横向进给量取f＝0.73ｍm／ｒ。
（ｃ）选择磨钝标准及耐用度
根据《切削用量简明手册》表１.9，取车刀后面最大磨损量为0.8-1.0。
焊接车刀耐用度T=６０ｍm。
（d）确定切削速度V
根据《切削用量简明手册》表1.11当用YG6硬质合金车刀加工HT2０0（182－1９９ＨBS）,a=4.5mｍ，ｆ=0.73mm/r,查出Ｖ=1.05ｍ/s。
由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》表1．28,查得切削速度的修正系数KTv=１.0,Kｔｖ＝１.0,Kｋrｖ=0.73,Kmｖ=（1９0/ＨBS）1．25＝1．0,Ksｖ=0．85，Kkv=1．0。
则V =V*ＫTｖ*Ktv*Kkrｖ*Kmv＊Ksv*Kkv=1.05*60*１.0＊1.0*0.7３*１．0*0.８５*1.0=４4m/min
ｎ =１40ｒ/ｍin
按C３６５L车床转速（《机械制造工艺设计手册》表４.1－1）选择与140ｒ/mｉｎ相近似的机床转速n＝1３6ｒ/min，则实际切削速度V =42．７m/min。
（e）校验机床功率
车削时功率P可由《切削用量简明手册》表１.2５查得：
在上述各条件下切削功率P=1．7-2．0,取２.0。
由于实际车削过程使用条件改变,根据《切削用量简明手册》表1.29－2,切削功率修正系数为:
Kkrpc=KkrFc=0.8９,Ｋrｏpc=KroFc=1.0。
则：
P=P × Kkrpc×Ｋroｐ=1．87KW根据C36５L车床当n=１３6r/min时，车床主轴允许功率PE=７.36ＫＷ。
因Ｐ（f）校验机床进给机构强度
车削时的进给力Ｆf可由《切削用量手册》查表得Fｆ=11４０N。
由于实际车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》查得车削过程的修正系数：
Ｋkｒf=１.17,Ｋｒoｆ＝1.0,K=0．75,则Ff=1140*1.17*1.0*0．７5=１00０N
根据C3６５L车床说明书（《切削用量简明手册》）,进给机构的进给力Fmax＝410０N（横向进给）因Ff ＜Ｆmａx，,所选的f=0．73进给量可用。
综上，此工步的切削用量为：
a=4．5mm，ｆ =０.73，ｎ＝１3６ｒ/min， Ｖ =４2．７
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